17. ρε - στοιχεία Σίδηρος, γενικά χαρακτηριστικά, ιδιότητες. Οξείδια και υδροξείδια, χαρακτηριστικά CO και OM, βιομόρια, ικανότητα σχηματισμού συμπλόκου.
1. Γενικά χαρακτηριστικά.
Σίδερο - d-στοιχείο της δευτερεύουσας υποομάδας της όγδοης ομάδας της τέταρτης περιόδου του PSCE με ατομικό αριθμό 26.
Ένα από τα πιο κοινά μέταλλα στον φλοιό της γης (δεύτερη θέση μετά το αλουμίνιο).
Μια απλή ουσία σίδηρος είναι ένα εύπλαστο ασημί-λευκό μέταλλο με υψηλή χημική αντιδραστικότητα: σίδηρος γρήγορα διαβρώνεταισε υψηλές θερμοκρασίες ή υψηλή υγρασία στον αέρα.
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
Σε καθαρό οξυγόνο, ο σίδηρος καίγεται και σε λεπτή διασπορά, αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα.
3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3
3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3
FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (ζυγαριά σιδήρου)
Στην πραγματικότητα, ο σίδηρος ονομάζεται συνήθως κράματά του με χαμηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες (έως 0,8%), τα οποία διατηρούν την απαλότητα και την ολκιμότητα του καθαρού μετάλλου. Στην πράξη όμως, χρησιμοποιούνται συχνότερα κράματα σιδήρου με άνθρακα: χάλυβας (έως 2,14% κατά βάρος άνθρακα) και χυτοσίδηρος (περισσότερο από 2,14% κατά βάρος άνθρακα), καθώς και ανοξείδωτος (κραματοποιημένος) χάλυβας με προσθήκη κραμάτων μέταλλα (χρώμιο, μαγγάνιο, νικέλιο κ.λπ.). Ο συνδυασμός των ειδικών ιδιοτήτων του σιδήρου και των κραμάτων του τον καθιστούν «μέταλλο Νο 1» σε σημασία για τον άνθρωπο.
Στη φύση, ο σίδηρος βρίσκεται σπάνια στην καθαρή του μορφή, τις περισσότερες φορές εμφανίζεται ως μέρος των μετεωριτών σιδήρου-νικελίου. Η επικράτηση του σιδήρου στον φλοιό της γης είναι 4,65% (4η θέση μετά τα O, Si, Al). Πιστεύεται επίσης ότι ο σίδηρος αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του πυρήνα της γης.
2.Ιδιότητες
1.Φυσική Αγ.Ο σίδηρος είναι ένα τυπικό μέταλλο, σε ελεύθερη κατάσταση έχει ασημί-λευκό χρώμα με γκριζωπή απόχρωση. Το καθαρό μέταλλο είναι όλκιμο, διάφορες ακαθαρσίες (ιδιαίτερα ο άνθρακας) αυξάνουν τη σκληρότητα και την ευθραυστότητά του. Έχει έντονες μαγνητικές ιδιότητες. Συχνά διακρίνεται η λεγόμενη «τριάδα σιδήρου» - μια ομάδα τριών μετάλλων (σίδηρος Fe, κοβάλτιο Co, νικέλιο Ni) που έχουν παρόμοιες φυσικές ιδιότητες, ατομικές ακτίνες και τιμές ηλεκτραρνητικότητας.
2.Chemical St. Islands.
|
Κατάσταση οξείδωσης |
Οξείδιο |
Υδροξείδιο |
Χαρακτήρας |
Σημειώσεις |
|
Αδύναμα βασικά |
||||
|
Πολύ αδύναμη βάση, μερικές φορές αμφοτερική |
||||
|
Δεν έχει ληφθεί |
|
Οξύ |
Ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας |
Για το σίδηρο, οι καταστάσεις οξείδωσης του σιδήρου είναι χαρακτηριστικές - +2 και +3.
Η κατάσταση οξείδωσης +2 αντιστοιχεί σε μαύρο οξείδιο FeO και πράσινο υδροξείδιο Fe(OH) 2 . Είναι βασικά. Στα άλατα, ο Fe(+2) υπάρχει ως κατιόν. Ο Fe(+2) είναι ένας ασθενής αναγωγικός παράγοντας.
+3 καταστάσεις οξείδωσης αντιστοιχούν σε κόκκινο-καφέ οξείδιο Fe 2 O 3 και καφέ υδροξείδιο Fe(OH) 3. Είναι αμφοτερικής φύσης, αν και οι όξινες και βασικές τους ιδιότητες εκφράζονται ασθενώς. Έτσι, τα ιόντα Fe 3+ είναι εντελώς υδρολυμένοακόμα και σε όξινο περιβάλλον. Το Fe (OH) 3 διαλύεται (και ακόμη και τότε όχι εντελώς), μόνο σε συμπυκνωμένα αλκάλια. Το Fe 2 O 3 αντιδρά με τα αλκάλια μόνο όταν συντήκεται, δίνοντας φερρίτες(επίσημα άλατα ενός οξέος που δεν υπάρχει στην ελεύθερη μορφή του οξέος HFeO 2):
Ο σίδηρος (+3) παρουσιάζει τις περισσότερες φορές ασθενείς οξειδωτικές ιδιότητες.
Οι καταστάσεις οξείδωσης +2 και +3 μεταβάλλονται εύκολα μεταξύ τους όταν αλλάζουν οι συνθήκες οξειδοαναγωγής.
Επιπλέον, υπάρχει οξείδιο Fe 3 O 4, η επίσημη κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου στην οποία είναι +8/3. Ωστόσο, αυτό το οξείδιο μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως φερρίτης σιδήρου (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .
Υπάρχει επίσης μια κατάσταση οξείδωσης +6. Το αντίστοιχο οξείδιο και υδροξείδιο δεν υπάρχουν σε ελεύθερη μορφή, αλλά έχουν ληφθεί άλατα - φερρικά (π.χ. K 2 FeO 4). Ο σίδηρος (+6) βρίσκεται σε αυτά με τη μορφή ανιόντος. Τα Ferrates είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες.
Ο καθαρός μεταλλικός σίδηρος είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά διαλύματα. αλκάλια. Ο σίδηρος δεν διαλύεται σε ψυχρά συμπυκνωμένα θειικά και νιτρικά οξέα λόγω της παθητικοποίησης της μεταλλικής επιφάνειας με ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου. Το θερμό συμπυκνωμένο θειικό οξύ, ως ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο, αλληλεπιδρά με τον σίδηρο.
ΜΕ υδροχλωρικόςκαι αραιωμένο (περίπου 20%) θειικός οξέαΟ σίδηρος αντιδρά για να σχηματίσει άλατα σιδήρου (II):
Όταν ο σίδηρος αντιδρά με περίπου 70% θειικό οξύ όταν θερμαίνεται, η αντίδραση προχωρά με το σχηματισμό θειικός σίδηρος (III).:
3. Οξείδια και υδροξείδια, CO και OM char-ka ...
Ενώσεις σιδήρου(II).
Το οξείδιο του σιδήρου (II) FeO έχει βασικές ιδιότητες, αντιστοιχεί στη βάση Fe (OH) 2. Τα άλατα του σιδήρου (II) έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα. Όταν αποθηκεύονται, ειδικά σε υγρό αέρα, γίνονται καφέ λόγω της οξείδωσης σε σίδηρο (III). Η ίδια διαδικασία συμβαίνει κατά την αποθήκευση υδατικών διαλυμάτων αλάτων σιδήρου(II):
Από άλατα σιδήρου(II) σε υδατικά διαλύματα, σταθερά αλάτι μόρα- διπλό θειικό αμμώνιο και σίδηρο (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.
Το αντιδραστήριο για ιόντα Fe 2+ σε διάλυμα μπορεί να είναι εξακυανοφερρικό κάλιο (III) K 3 (κόκκινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe 2+ και 3− αλληλεπιδρούν, δημιουργείται ίζημα μπλε τουρμπουλ:
Για τον ποσοτικό προσδιορισμό του σιδήρου (II) σε διάλυμα, χρησιμοποιήστε φαινανθρολίνη, το οποίο σχηματίζει ένα κόκκινο σύμπλεγμα FePhen 3 με σίδηρο (II) σε μεγάλο εύρος pH (4-9)
Ενώσεις σιδήρου (III).
Οξείδιο σιδήρου (III) Fe 2 O 3 ασθενώς αμφοτερένιο, αντιστοιχεί σε ακόμη ασθενέστερη από Fe (OH) 2, βάση Fe (OH) 3, η οποία αντιδρά με οξέα:
Τα άλατα Fe 3+ τείνουν να σχηματίζουν κρυσταλλικούς υδρίτες. Σε αυτά, το ιόν Fe 3+ συνήθως περιβάλλεται από έξι μόρια νερού. Τέτοια άλατα έχουν ροζ ή μοβ χρώμα Το ιόν Fe 3+ υδρολύεται πλήρως ακόμη και σε όξινο περιβάλλον. Σε pH>4, αυτό το ιόν καταβυθίζεται σχεδόν πλήρως με τη μορφή Fe (OH) 3:
Με τη μερική υδρόλυση του ιόντος Fe 3+, σχηματίζονται πολυπυρηνικές οξο- και υδροξοκίες, λόγω των οποίων τα διαλύματα γίνονται καφέ.Οι κύριες ιδιότητες του υδροξειδίου του σιδήρου (III) Fe (ΟΗ) 3 εκφράζονται πολύ ασθενώς. Είναι σε θέση να αντιδράσει μόνο με συμπυκνωμένα αλκαλικά διαλύματα:
Τα προκύπτοντα υδροξοσύμπλεγμα σιδήρου (III) είναι σταθερά μόνο σε έντονα αλκαλικά διαλύματα. Όταν τα διαλύματα αραιώνονται με νερό, καταστρέφονται και καθιζάνει Fe (OH) 3.
Όταν συντήκεται με αλκάλια και οξείδια άλλων μετάλλων, το Fe 2 O 3 σχηματίζει μια ποικιλία φερρίτες:
Οι ενώσεις σιδήρου (III) σε διαλύματα ανάγεται με μεταλλικό σίδηρο:
Ο σίδηρος (III) είναι ικανός να σχηματίζει διπλά θειικά άλατα με μονοφόρτιση κατιόντατύπος στυπτηρία, για παράδειγμα, KFe (SO 4) 2 - στυπτηρία σιδήρου καλίου, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - στυπτηρία σιδήρου αμμωνίου, κ.λπ.
Για την ποιοτική ανίχνευση των ενώσεων σιδήρου (III) σε ένα διάλυμα, χρησιμοποιείται μια ποιοτική αντίδραση ιόντων Fe 3+ με θειοκυανικά ιόντα SCN − . Όταν τα ιόντα Fe 3+ αλληλεπιδρούν με τα ανιόντα SCN −, σχηματίζεται ένα μείγμα συμπλεγμάτων θειοκυανικού σιδήρου με έντονο κόκκινο χρώμα 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Η σύνθεση του μείγματος (και επομένως η ένταση του χρώματός του) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, επομένως αυτή η μέθοδος δεν είναι εφαρμόσιμη για τον ακριβή ποιοτικό προσδιορισμό του σιδήρου.
Ένα άλλο αντιδραστήριο υψηλής ποιότητας για ιόντα Fe 3+ είναι εξακυανοφερρικό κάλιο (II) K 4 (κίτρινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe 3+ και 4− αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα έντονο μπλε ίζημα κυανούν χρώμα:
Ενώσεις σιδήρου(VI).
φερράτες- άλατα του οξέος σιδήρου H 2 FeO 4 που δεν υπάρχουν σε ελεύθερη μορφή. Πρόκειται για ενώσεις με ιώδες χρώμα, που θυμίζουν υπερμαγγανικά άλατα σε οξειδωτικές ιδιότητες και θειικά άλατα σε διαλυτότητα. Τα Ferrates λαμβάνονται με τη δράση αερίων χλώριοή όζοσε ένα εναιώρημα Fe (OH) 3 σε αλκάλιο , για παράδειγμα, φερτικό κάλιο (VI) K 2 FeO 4 . Τα Ferrates έχουν μοβ χρώμα.
Μπορούν επίσης να ληφθούν Ferrates ηλεκτρόλυση 30% αλκαλικό διάλυμα σε άνοδο σιδήρου:
Τα Ferrates είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες. Σε όξινο περιβάλλον, αποσυντίθενται με την απελευθέρωση οξυγόνου:
Χρησιμοποιούνται οι οξειδωτικές ιδιότητες των φερρατικών απολύμανση νερού.
4.Biorol
1) Στους ζωντανούς οργανισμούς, ο σίδηρος είναι ένα σημαντικό ιχνοστοιχείο που καταλύει τις διαδικασίες ανταλλαγής οξυγόνου (αναπνοή).
2) Ο σίδηρος περιλαμβάνεται συνήθως στα ένζυμα με τη μορφή συμπλόκου.Πιο συγκεκριμένα, αυτό το σύμπλοκο υπάρχει στην αιμοσφαιρίνη, την πιο σημαντική πρωτεΐνη που παρέχει μεταφορά οξυγόνου με το αίμα σε όλα τα όργανα του ανθρώπου και των ζώων. Και είναι αυτός που βάφει το αίμα σε ένα χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα.
4) Μια υπερβολική δόση σιδήρου (200 mg και άνω) μπορεί να έχει τοξική δράση. Η υπερβολική δόση σιδήρου καταστέλλει το αντιοξειδωτικό σύστημα του σώματος, επομένως δεν συνιστάται η χρήση σκευασμάτων σιδήρου για υγιή άτομα.
ΟΡΙΣΜΟΣ
Σίδερο- στοιχείο της όγδοης ομάδας της τέταρτης περιόδου του Περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev.
Και ο αδύναμος αριθμός είναι 26. Το σύμβολο είναι Fe (λατ. «ferrum»). Ένα από τα πιο κοινά μέταλλα στον φλοιό της γης (δεύτερη θέση μετά το αλουμίνιο).
Φυσικές ιδιότητες του σιδήρου
Ο σίδηρος είναι ένα γκρι μέταλλο. Στην καθαρή του μορφή, είναι αρκετά μαλακό, εύπλαστο και όλκιμο. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση της εξωτερικής στάθμης ενέργειας είναι 3d 6 4s 2 . Στις ενώσεις του, ο σίδηρος εμφανίζει τις καταστάσεις οξείδωσης «+2» και «+3». Το σημείο τήξης του σιδήρου είναι 1539 C. Ο σίδηρος σχηματίζει δύο κρυσταλλικές τροποποιήσεις: α- και γ-σίδηρος. Το πρώτο από αυτά έχει ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, το δεύτερο έχει ένα κυβικό με επίκεντρο το πρόσωπο. Ο α-σίδηρος είναι θερμοδυναμικά σταθερός σε δύο κλίμακες θερμοκρασίας: κάτω από 912 και από 1394 C έως το σημείο τήξης. Μεταξύ 912 και 1394 C, ο γ-σίδηρος είναι σταθερός.
Οι μηχανικές ιδιότητες του σιδήρου εξαρτώνται από την καθαρότητά του - την περιεκτικότητα σε αυτόν ακόμη και σε πολύ μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων. Ο συμπαγής σίδηρος έχει την ικανότητα να διαλύει πολλά στοιχεία στον εαυτό του.
Χημικές ιδιότητες του σιδήρου
Στον υγρό αέρα, ο σίδηρος σκουριάζει γρήγορα, δηλ. καλυμμένο με καφέ επίστρωση ενυδατωμένου οξειδίου του σιδήρου, το οποίο, λόγω της ευθρυπτότητάς του, δεν προστατεύει τον σίδηρο από περαιτέρω οξείδωση. Στο νερό, ο σίδηρος διαβρώνεται έντονα. με άφθονη πρόσβαση σε οξυγόνο, σχηματίζονται ένυδρες μορφές οξειδίου του σιδήρου (III):
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.
Με έλλειψη οξυγόνου ή με δύσκολη πρόσβαση, σχηματίζεται ένα μικτό οξείδιο (II, III) Fe 3 O 4:
3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.
Ο σίδηρος διαλύεται σε υδροχλωρικό οξύ οποιασδήποτε συγκέντρωσης:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.
Ομοίως, η διάλυση συμβαίνει σε αραιό θειικό οξύ:
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
Σε πυκνά διαλύματα θειικού οξέος, ο σίδηρος οξειδώνεται σε σίδηρο (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Ωστόσο, στο θειικό οξύ, η συγκέντρωση του οποίου είναι κοντά στο 100%, ο σίδηρος γίνεται παθητικός και πρακτικά δεν υπάρχει αλληλεπίδραση. Σε αραιά και μετρίως συμπυκνωμένα διαλύματα νιτρικού οξέος, ο σίδηρος διαλύεται:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.
Σε υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικού οξέος, η διάλυση επιβραδύνεται και ο σίδηρος γίνεται παθητικός.
Όπως και άλλα μέταλλα, ο σίδηρος αντιδρά με απλές ουσίες. Οι αντιδράσεις της αλληλεπίδρασης του σιδήρου με τα αλογόνα (ανεξάρτητα από το είδος του αλογόνου) προχωρούν όταν θερμανθούν. Η αλληλεπίδραση του σιδήρου με το βρώμιο προχωρά σε αυξημένη τάση ατμών του τελευταίου:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.
Η αλληλεπίδραση του σιδήρου με το θείο (σκόνη), το άζωτο και το φώσφορο εμφανίζεται επίσης όταν θερμαίνεται:
6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;
2Fe + P = Fe 2 P;
3Fe + P = Fe 3 P.
Ο σίδηρος είναι ικανός να αντιδρά με αμέταλλα όπως ο άνθρακας και το πυρίτιο:
3Fe + C = Fe 3 C;
Μεταξύ των αντιδράσεων της αλληλεπίδρασης του σιδήρου με σύνθετες ουσίες, οι ακόλουθες αντιδράσεις παίζουν ιδιαίτερο ρόλο - ο σίδηρος είναι σε θέση να μειώσει τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά δραστηριότητας στα δεξιά του, από διαλύματα αλάτων (1), σε μείωση του σιδήρου (III ) ενώσεις (2):
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).
Ο σίδηρος, σε αυξημένη πίεση, αντιδρά με ένα οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα - CO για να σχηματίσει ουσίες σύνθετης σύνθεσης - καρβονύλια - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 και Fe 3 (CO) 12.
Ο σίδηρος, απουσία ακαθαρσιών, είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά αλκαλικά διαλύματα.
Λήψη σιδήρου
Ο κύριος τρόπος λήψης σιδήρου είναι από σιδηρομετάλλευμα (αιματίτης, μαγνητίτης) ή ηλεκτρόλυση διαλυμάτων των αλάτων του (στην περίπτωση αυτή λαμβάνεται «καθαρός» σίδηρος, δηλαδή σίδηρος χωρίς ακαθαρσίες).
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
| Ασκηση | Ζυγαριά σιδήρου Fe 3 O 4 βάρους 10 g κατεργάστηκε αρχικά με 150 ml διαλύματος υδροχλωρικού οξέος (πυκνότητα 1,1 g/ml) με κλάσμα μάζας υδροχλωρίου 20%, και στη συνέχεια προστέθηκε περίσσεια σιδήρου στο προκύπτον διάλυμα. Προσδιορίστε τη σύνθεση του διαλύματος (σε % κατά βάρος). |
| Λύση | Γράφουμε τις εξισώσεις αντίδρασης σύμφωνα με την συνθήκη του προβλήματος: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Γνωρίζοντας την πυκνότητα και τον όγκο ενός διαλύματος υδροχλωρικού οξέος, μπορείτε να βρείτε τη μάζα του: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Υπολογίστε τη μάζα του υδροχλωρίου: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g. Η μοριακή μάζα (μάζα ενός mol) υδροχλωρικού οξέος, υπολογισμένη με βάση τον πίνακα χημικών στοιχείων του Δ.Ι. Mendeleev - 36,5 g / mol. Βρείτε την ποσότητα της ουσίας υδροχλωρίου: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Μοριακή μάζα (μάζα ενός mole) κλίμακας, υπολογισμένη με χρήση του πίνακα χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev - 232 g/mol. Βρείτε την ποσότητα της ουσίας κλίμακας: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Σύμφωνα με την εξίσωση 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, επομένως, v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Τότε, η ποσότητα της ουσίας υδροχλωρίου που υπολογίζεται σύμφωνα με την εξίσωση (0,344 mol) θα είναι μικρότερη από αυτή που υποδεικνύεται στην κατάσταση του προβλήματος (0,904 mol). Επομένως, το υδροχλωρικό οξύ είναι σε περίσσεια και θα προχωρήσει μια άλλη αντίδραση: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας χλωριούχου σιδήρου που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της πρώτης αντίδρασης (οι δείκτες υποδηλώνουν μια συγκεκριμένη αντίδραση): v 1 (FeCl 2): v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα του υδροχλωρίου που δεν αντέδρασε στην αντίδραση 1 και την ποσότητα της ουσίας χλωριούχου σιδήρου (II) που σχηματίστηκε κατά την αντίδραση 3: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας FeCl 2 που σχηματίστηκε κατά την αντίδραση 2, τη συνολική ποσότητα της ουσίας FeCl 2 και τη μάζα της: v2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): v 2 (FeCl 3) = 3:2; v2 (FeCl2) = 3/2× v2 (FeCl3) = 0,129 mol; v άθροισμα (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v άθροισμα (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας και τη μάζα του σιδήρου που εισήλθε στις αντιδράσεις 2 και 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; v άθροισμα (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v άθροισμα (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Ας υπολογίσουμε την ποσότητα της ουσίας και τη μάζα του υδρογόνου που απελευθερώνεται στην αντίδραση 3: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 \u003d 0,56 g. Προσδιορίζουμε τη μάζα του προκύπτοντος διαλύματος m' sol και το κλάσμα μάζας του FeCl 2 σε αυτό: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2); |
Στόχοι μαθήματος:
- Να εισαγάγει τους μαθητές στο στοιχείο της πλευρικής ομάδας του Περιοδικού συστήματος - σίδηρο, τη δομή, τις ιδιότητές του.
- Να γνωρίζει την παρουσία του σιδήρου στη φύση, μεθόδους παραγωγής του, εφαρμογή, φυσικές ιδιότητες.
- Να μπορεί να χαρακτηρίζει το σίδηρο ως στοιχείο δευτερεύουσας υποομάδας.
- Να είναι σε θέση να αποδείξει τις χημικές ιδιότητες του σιδήρου και των ενώσεων του, να γράψει τις εξισώσεις αντίδρασης σε μοριακή, ιοντική, οξειδοαναγωγική μορφή.
- Να αναπτύξουν τις δεξιότητες των μαθητών στη σύνταξη εξισώσεων αντίδρασης που αφορούν τον αδένα, να διαμορφώσουν τις γνώσεις των μαθητών για τις ποιοτικές αντιδράσεις σε ιόντα αδένα.
- Καλλιεργήστε ενδιαφέρον για το θέμα.
Εξοπλισμός:σίδηρος (σκόνη, καρφίτσα, πλάκα), θείο, φιάλη οξυγόνου, υδροχλωρικό οξύ, θειικός σίδηρος (II), χλωριούχος σίδηρος (III), υδροξείδιο του νατρίου, κόκκινα και κίτρινα άλατα αίματος.
ΚΑΤΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ
Ι. Οργανωτική στιγμή
II. Έλεγχος εργασιών για το σπίτι
III. Εκμάθηση νέου υλικού
1. Εισαγωγή του δασκάλου.
- Η αξία του σιδήρου στη ζωή, ο ρόλος του στην ιστορία του πολιτισμού. Ένα από τα πιο κοινά μέταλλα στον φλοιό της γης είναι ο σίδηρος. Άρχισε να χρησιμοποιείται πολύ αργότερα από άλλα μέταλλα (χαλκός, χρυσός, ψευδάργυρος, μόλυβδος, κασσίτερος), κάτι που πιθανότατα οφείλεται στη μικρή ομοιότητα μεταξύ σιδηρομεταλλεύματος και μετάλλου. Ήταν πολύ δύσκολο για τους πρωτόγονους ανθρώπους να μαντέψουν ότι το μέταλλο μπορεί να ληφθεί από μετάλλευμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην κατασκευή διαφόρων αντικειμένων, λόγω της έλλειψης εργαλείων και απαραίτητων συσκευών για την οργάνωση μιας τέτοιας διαδικασίας. Μέχρι τη στιγμή που ένα άτομο έμαθε να παίρνει σίδηρο από μετάλλευμα και να κατασκευάζει χάλυβα και χυτοσίδηρο από αυτό, πέρασε πολύς καιρός.
Αυτή τη στιγμή, τα μεταλλεύματα σιδήρου είναι απαραίτητη πρώτη ύλη για τη σιδηρούχα μεταλλουργία, τα ορυκτά εκείνα που καμία ανεπτυγμένη βιομηχανική χώρα δεν μπορεί να κάνει χωρίς. Για το έτος, η παγκόσμια παραγωγή σιδηρομεταλλεύματος είναι περίπου 350.000.000 τόνοι. Χρησιμοποιούνται για τη τήξη σιδήρου (περιεκτικότητα σε άνθρακα 0,2-0,4%), χυτοσίδηρο (2,5-4% άνθρακας), χάλυβα (2,5-1,5% άνθρακας) Ο χάλυβας έχει την πιο διαδεδομένη χρήση στη βιομηχανία από τον σίδηρο και τον χυτοσίδηρο, και επομένως υπάρχει μεγαλύτερη ζήτηση για την τήξη του.
Για την τήξη χυτοσιδήρου από σιδηρομεταλλεύματα, χρησιμοποιούνται υψικάμινοι που δουλεύουν σε άνθρακα ή οπτάνθρακα, η επανατήξη του χάλυβα και του σιδήρου από χυτοσίδηρο πραγματοποιείται σε ανακλαστικούς φούρνους ανοιχτής εστίας, μετατροπείς Bessemer ή στη μέθοδο Thomas.
Τα σιδηρούχα μέταλλα και τα κράματά τους έχουν μεγάλη σημασία στη ζωή και την ανάπτυξη της ανθρώπινης κοινωνίας. Όλα τα είδη οικιακής χρήσης και καταναλωτικά είδη είναι κατασκευασμένα από σίδηρο. Για την κατασκευή πλοίων, αεροσκαφών, σιδηροδρομικών μεταφορών, αυτοκινήτων, γεφυρών, σιδηροδρόμων, διαφόρων κτιρίων, εξοπλισμού και άλλων πραγμάτων, χρησιμοποιούνται εκατοντάδες εκατομμύρια τόνοι χάλυβα και χυτοσίδηρου. Δεν υπάρχει κλάδος της γεωργίας και της βιομηχανίας που να μην χρησιμοποιεί σίδηρο και τα διάφορα κράματά του.
Λίγα ορυκτά που βρίσκονται συχνά στη φύση, έχοντας σίδηρο στη σύνθεσή τους, είναι ακριβώς σιδηρομετάλλευμα. Αυτά τα ορυκτά περιλαμβάνουν: καφέ σιδηρομετάλλευμα, αιματίτη, μαγνητίτη και άλλα που σχηματίζουν μεγάλα κοιτάσματα και καταλαμβάνουν τεράστιες εκτάσεις.
Η χημική αναλογία μαγνητίτη ή μαγνητικού σιδηρομεταλλεύματος, που έχει χρώμα σιδήρου - μαύρου και μοναδική ιδιότητα - μαγνητισμό, είναι μια ένωση που αποτελείται από οξείδιο του σιδήρου και οξείδιο του σιδήρου. Στο φυσικό περιβάλλον, μπορεί να βρεθεί τόσο με τη μορφή κοκκωδών ή συνεχών μαζών, όσο και με τη μορφή καλοσχηματισμένων κρυστάλλων. Το σιδηρομετάλλευμα είναι το πλουσιότερο σε περιεκτικότητα σε μεταλλικό μαγνητίτη σιδήρου (έως και 72%).
Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα μεταλλευμάτων μαγνητίτη στη χώρα μας βρίσκονται στα Ουράλια, στα βουνά High, Blagodat, Magnitnaya, σε ορισμένες περιοχές της Σιβηρίας - τη λεκάνη του ποταμού Angara, Gornaya Shoria, στο έδαφος της χερσονήσου Kola.
2. Εργαστείτε με την τάξη. Χαρακτηριστικά του σιδήρου ως χημικού στοιχείου
α) Θέση στο περιοδικό σύστημα:
Ασκηση 1.Προσδιορίστε τη θέση του σιδήρου στον Περιοδικό Πίνακα;
Απάντηση:Ο σίδηρος βρίσκεται στην 4η μείζονα περίοδο, άρτια σειρά, 8η ομάδα, πλαϊνή ομάδα.
β) τη δομή του ατόμου:
Εργασία 2.Σκιαγράφησε τη σύνθεση και τη δομή του ατόμου σιδήρου, τον ηλεκτρονικό τύπο και τα κύτταρα.
Απάντηση: Fe +3 2) 8) 14) 2) μέταλλο
p = 26
e = 26
n = (56 - 26) = 301s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
Ερώτηση.Ποια στρώματα σιδήρου έχουν ηλεκτρόνια σθένους; Γιατί;
Απάντηση.Τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στην τελευταία και προτελευταία στιβάδα, καθώς αυτό είναι στοιχείο μιας πλευρικής υποομάδας.
Ο σίδηρος ταξινομείται ως στοιχείο d, είναι μέρος της τριάδας στοιχείων - μετάλλων (Fe-Co-Ni).
γ) ιδιότητες οξειδοαναγωγής του σιδήρου:
Ερώτηση.Τι είναι ένας οξειδωτικός ή αναγωγικός παράγοντας; Ποιες καταστάσεις οξείδωσης και σθένος εμφανίζει;
Απάντηση:
Fe 0 - 2e \u003d Fe +3) αναγωγικός παράγοντας
Fe 0 - 3e \u003d Fe +3
s.d. + 2, + 3; σθένος \u003d II και III, σθένος 7 - δεν εμφανίζεται.
δ) ενώσεις σιδήρου:
FeO - βασικό οξείδιο
Fe (OH) 2 - αδιάλυτη βάση
Fe 2 O 3 - οξείδιο με σημάδια αμφοτερισμού
Fe (OH) 3 - βάση με σημάδια αμφοτερισμού
Οι πτητικές ενώσεις υδρογόνου δεν είναι.
ε) να είσαι στη φύση.
Ο σίδηρος είναι το δεύτερο πιο κοινό μέταλλο στη φύση (μετά το αλουμίνιο).Σε ελεύθερη κατάσταση ο σίδηρος βρίσκεται μόνο στους μετεωρίτες.Οι πιο σημαντικές φυσικές ενώσεις:
FeO * 3HO - καφέ σιδηρομετάλλευμα,
FeO - κόκκινο σιδηρομετάλλευμα,
FeO (FeO*FeO) - μαγνητικό σιδηρομετάλλευμα,
FeS - σιδηροπυρίτης (πυρίτης)
Οι ενώσεις του σιδήρου αποτελούν μέρος των ζωντανών οργανισμών.
3. Χαρακτηριστικά μιας απλής ουσίας σιδήρου
α) τη δομή του μορίου, τον τύπο του δεσμού, τον τύπο του κρυσταλλικού πλέγματος· (ανεξάρτητα)
β) φυσικές ιδιότητες του σιδήρου
Ο σίδηρος είναι ένα ασημί-γκρι μέταλλο, έχει μεγάλη ελασιμότητα, ολκιμότητα και ισχυρές μαγνητικές ιδιότητες. Η πυκνότητα του σιδήρου είναι 7,87 g / cm 3, το σημείο τήξης είναι 1539 t o C.
γ) χημικές ιδιότητες του σιδήρου:
Τα άτομα σιδήρου δίνουν ηλεκτρόνια στις αντιδράσεις και εμφανίζουν καταστάσεις οξείδωσης + 2, + 3 και μερικές φορές + 6.
Στις αντιδράσεις, ο σίδηρος είναι αναγωγικός παράγοντας. Ωστόσο, σε κανονική θερμοκρασία, δεν αλληλεπιδρά ακόμη και με τους πιο ενεργούς οξειδωτικούς παράγοντες (αλογόνα, οξυγόνο, θείο), αλλά όταν θερμαίνεται, γίνεται ενεργό και αντιδρά μαζί τους:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3 Χλωριούχος σίδηρος (III)
3Fe + 2O 2 \u003d Fe 2 O 3 (FeO * Fe O) Οξείδιο του σιδήρου (III)
Fe +S = FeS Θειούχο σίδηρο(II).
Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, ο σίδηρος αντιδρά με άνθρακα, πυρίτιο και φώσφορο.
3Fe + C = Fe 3 C Καρβίδιο του σιδήρου (τσιμεντίτης)
3Fe + Si = Fe 3 Si Πυριτικό σίδηρο
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Φωσφίδιο σιδήρου
Ο σίδηρος αντιδρά με πολύπλοκες ουσίες.
Σε υγρό αέρα, ο σίδηρος οξειδώνεται γρήγορα (διαβρώνεται):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Σκουριά
Ο σίδηρος βρίσκεται στη μέση της ηλεκτροχημικής σειράς μετάλλων τάσης, επομένως είναι μέταλλο μέση δραστηριότητα.Η αναγωγική ικανότητα του σιδήρου είναι μικρότερη από αυτή των αλκαλίων, μετάλλων αλκαλικών γαιών και αλουμινίου. Μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες ο ζεστός σίδηρος αντιδρά με το νερό:
3Fe + 4H 2 O \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2
Ο σίδηρος αντιδρά με αραιά θειικά και υδροχλωρικά οξέα, εκτοπίζοντας το υδρογόνο από αυτά:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0
Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, ο σίδηρος δεν αλληλεπιδρά με το πυκνό θειικό οξύ, καθώς παθητικοποιείται από αυτό. Όταν θερμαίνεται, το συμπυκνωμένο θειικό οξύ οξειδώνει τον σίδηρο σε θειικό σίδηρο (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Το αραιό νιτρικό οξύ οξειδώνει τον σίδηρο σε νιτρικό σίδηρο (III):
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
Το συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ παθητικοποιεί τον σίδηρο.
Από τα διαλύματα αλάτων, ο σίδηρος εκτοπίζει τα μέταλλα που βρίσκονται στα δεξιά του στην ηλεκτροχημική σειρά τάσεων:
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu,
δ) η χρήση σιδήρου (ανεξάρτητα)
ε) λήψη (μαζί με μαθητές)
Στη βιομηχανία, ο σίδηρος λαμβάνεται με την αναγωγή του από σιδηρομεταλλεύματα με άνθρακα (οπτάνθρακας) και μονοξείδιο του άνθρακα (II) σε υψικάμινους.
Η χημεία της διαδικασίας τομέα είναι η εξής:
C+O=CO
CO + C = 2 CO
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2
FeO + CO \u003d Fe + CO 2
4. Ενώσεις σιδήρου
Χημικές ιδιότητες αυτών των ενώσεων.
Πρόσθεση.Οι ενώσεις σιδήρου (II) είναι ασταθείς, μπορούν να οξειδωθούν και να μετατραπούν σε ενώσεις σιδήρου (III)
Fe +2 Cl 2 + Cl 2 \u003d Fe +3 Cl 3 αποτελούν οξειδοαναγωγικά σπίτια
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 \u003d Fe +3 (OH) 3 σχήματα, εξισορροπήστε.
Χημικές ιδιότητες αυτών των ενώσεων
Επίσης, μια ποιοτική αντίδραση στο Fe + 2 είναι η αντίδραση των αλάτων του σιδήρου (II) με μια ουσία που ονομάζεται κόκκινο άλας αίματος K 3 - αυτή είναι μια σύνθετη ένωση.
3FeCl + 2K 3 \u003d Fe 3)
